肿瘤微环境代谢：一个持续的治疗靶点

Tumor microenvironment metabolism： an ongoing therapeutic target

摘要

肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）是由肿瘤内各种类型的细胞、肿瘤血管、分泌因子和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）组成的肿瘤赖以生存的土壤。肿瘤旺盛的代谢需求引发的独有调控机制在其发生发展、转移侵袭和治疗抵抗中发挥重要作用。深入了解TME中肿瘤与免疫细胞间的代谢转换及相互作用，有助于研发精准靶向TME代谢的治疗技术，推动联合治疗策略的制定，并提升现有免疫疗法的临床反应率。本文对TME的构成、代谢特征及调控机制进行综述，总结了针对TME生理特性的免疫治疗策略的研究进展，并探讨了基于靶向TME的精准免疫治疗策略，以期增强免疫治疗药物响应和浸润程度。

Abstract

Tumor microenvironment （TME） is the foundation for tumor survival， which is composed of various types of cells， tumor blood vessels， secretory factors， and extracellular matrix （ECM） within the tumor. The unique regulatory mechanism triggered by the vigorous metabolic demand of tumor plays an important role in its tumorigenesis， metastasis， invasion， and treatment resistance. A deeper understanding of the metabolic transformation and tumor-immune cell interactions in the TME will enable the development of therapeutic technologies that precisely target TME metabolism， facilitate the development of combination treatment strategies， and improve the clinical response rate of existing immunotherapies. This paper reviews the composition， metabolism and regulatory mechanisms of TME， summarizes the research progress of immunotherapy strategies targeting the physiological characteristics of TME， and discusses the prospects for clinical application of precision immunotherapy strategies targeting TME， which are expected to enhance immunotherapy drugs response and infiltration degree.

Graphical abstract

关键词

肿瘤微环境（TME） / 代谢 / 免疫治疗 / 微酸 / 缺氧

Key words

tumor microenvironment （TME） / metabolism / immunotherapy / subacidity / hypoxia

肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）是一个动态的、高度结构化的生态系统，涉及肿瘤细胞与其周围细胞外基质（extracellular matrix，ECM）、非癌细胞和血管系统的相互作用。TME中浸润的多种免疫细胞共同介导肿瘤的发生、进展、转移和侵袭，如T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤细胞（natural killer cells，NKs）、树突状细胞（dendritic cells，DCs）、肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）、调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）、髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）等。在肿瘤入侵早期，免疫系统即可感知病变产生，被浸润的免疫细胞可以正常发挥抗肿瘤功能，但随着癌症逐渐发展，它们历经代谢途径的重塑，最终会向免疫抑制表型转变，协助肿瘤进行免疫逃逸^［1］。

近年来，嵌合抗原受体T（chimeric antigen receptor T，CAR-T）细胞、抗体偶联药物（antibody drug conjugate，ADC）和免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade，ICB）等免疫疗法的巨大进展改变了现有癌症治疗方式。然而，免疫检查点抑制剂PD-1/PD-L1作为目前最成功的免疫治疗方式，临床上单药总体泛癌缓解率也仅有20%^［2］，其中TME中的代谢压力介导的免疫抑制成为影响疗效的主要因素之一。肿瘤细胞为了满足自身旺盛的能量需求，通常表现出加速和多样化的生物能量代谢，包括有氧糖酵解的上调、脂质代谢的积累和氨基酸消耗增强等^［3］。研究表明，代谢重编程能够影响TME中肿瘤细胞和免疫细胞的组成、表型和功能，限制效应T细胞的抗肿瘤免疫，并赋予肿瘤干性和侵袭性，协助肿瘤细胞逃避免疫监视。肿瘤细胞的代谢转换会在局部形成葡萄糖和能量缺乏的微区域，呈现出有别于正常组织的微环境，以高乳酸水平及乏氧为主要特征^［4］。本文将总结肿瘤微环境的主要代谢特征及其内在的调控机制，并梳理现有靶向免疫治疗策略，旨在推动基于TME代谢特征的新型肿瘤免疫策略的研发与转化。

TME的代谢特征和调控机制

缺乏营养物质

肿瘤为了满足其无限增殖所需的生物合成和氧化还原供应，与免疫细胞竞争关键营养物质，从而重编程TME中免疫细胞的核心代谢途径并抑制其抗肿瘤免疫反应。正常情况下，细胞在有氧条件下主要通过线粒体氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）供能；氧气稀缺时，供能的占比则倾向糖酵解。然而，与正常细胞不同，即使在氧气充足时，肿瘤细胞也偏向利用糖酵解供能，帮助其快速合成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），这种现象被称为瓦伯格效应（Warburg effect）^［5］。研究显示，肿瘤细胞糖酵解速率远高于OXPHOS，尽管每分子葡萄糖糖酵解ATP产率很低^［6］。除了PI3K-AKT-mTOR和MYC通路介导的有氧糖酵解之外，肿瘤细胞还可以通过磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway，PPP）和丝氨酸代谢途径为自身增殖提供生物大分子^［7］。其中，糖酵解的代谢中间体如6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate，G6P）和3-磷酸甘油酸（3- phosophoglycerate，3-PG）可作为核苷酸、脂质和蛋白质生物合成的前体，支持二者的代谢运转。PPP产生的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）和核糖是肿瘤细胞合成自身增殖的大分子和消除氧化应激反应所必需的。此外，肿瘤细胞通常会增加合成、摄取谷氨酰胺和谷氨酸作为氨基酸和核苷酸生物合成的替代碳源，并为三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA）提供补给^［8］。综上，肿瘤细胞的代谢模式复杂多变，会根据外界营养物质的浓度和不同的应激条件，选择适合自身生存的最佳代谢模式。

肿瘤细胞过度营养摄取的同时会给TME中的免疫细胞带来代谢压力。Chang等^［9］通过小鼠肉瘤模型验证了肿瘤细胞可通过竞争葡萄糖导致肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocytes，TILs）的低反应性。与此同时，肿瘤还会影响T细胞的氨基酸代谢，限制T细胞对谷氨酰胺、精氨酸、色氨酸和丝氨酸等氨基酸及其代谢物的获取，导致T细胞功能障碍并抑制其抗肿瘤活性^［10］。肿瘤细胞上调脂肪酸合成可以促进Treg的脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，FAO），增强其免疫抑制功能，且脂质相关代谢产物积累有利于其存活和分化^［11］。

缺氧

肿瘤快速增殖的代谢需求及其周围脉管系统的血流灌注异常导致的供氧与耗氧不平衡，使TME的氧分压（pO₂）低于10 mmHg^［12］。在分子水平上，肿瘤细胞对缺氧TME的适应很大程度上是由于缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）家族介导的协同作用。HIF是一种由Per-ARNT-Sim（PAS）家族的碱性螺旋-环-螺旋蛋白组成的异二聚体，包含一个氧敏感性的α亚基（HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α）和一个组成型表达的β亚基（HIF-1β）。其中，HIF-1α主要负责发挥缺氧调控作用，其转录活性受氧含量调节，在常氧条件下，HIF-1α亚基中的氧依赖降解结构域（oxygendependent degradation，ODD）的两个脯氨酸残基被脯氨酰羟化酶家族（prolyl hydroxylase domain，PHD）羟基化后，与Von Hippel Lindau肿瘤抑制蛋白相互作用，促进HIF-1α泛素化和随后的蛋白酶体降解。然而，在缺氧条件下，PHD酶活性受到抑制，HIF-1α未被羟基化，从而维持稳定并易位至细胞核，与HIF-1β亚基异二聚化^［13］。同时，TME中肿瘤抑制基因的缺失［如p53、磷酸酯酶与张力蛋白同源物和活性氧（reactive oxygen species，ROS）］产生也有助于HIF-1α的异常积累^［14］。然后，异二聚体复合物HIF-1α/HIF-1β与转录共激活因子p300/CBP和缺氧反应元件（hypoxia-responsive elements，HRE）结合，启动HIF靶基因的转录^［13］。

HIF可调控肿瘤的多种生物过程，包含代谢重编程、异常血管生成、上皮间质转化、癌症干细胞的维持及细胞增殖、凋亡和侵袭等，这些都会导致肿瘤进展和治疗耐药^［14］。在TME中，缺氧通过上调多种葡萄糖摄取和分解代谢的转运蛋白、关键酶参与代谢重编程。例如，HIF-1α可以诱导葡萄糖转运蛋白和单羧酸转运蛋白（monocarboxylate transporter，MCT）的表达，增加癌细胞的葡萄糖的摄取和乳酸排出，从而增强糖酵解代谢^［15］。HIF-1参与编码乳酸脱氢酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）的表达，可将丙酮酸转化为乳酸，导致乳酸积累，从而间接减少OXPHOS所必需的乙酰辅酶A的产生^［16］。HIF-1还可以通过反式激活丙酮酸脱氢酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDK），从而抑制丙酮酸脱氢酶的磷酸化，阻碍丙酮酸转化为乙酰辅酶A并降低TCA循环通量^［17］。除了糖酵解，缺氧还可以激活PPP途径和促进氨基酸合成，以供应生物大分子^［18］。

缺氧对T细胞效应功能具有双重影响：一方面，作为负调节因子，缺氧抑制效应T细胞的增殖分化，并减少IFNγ、IL-2等细胞因子产生。同时，HIF-1α可以上调PD-L1协助肿瘤免疫逃逸，诱导T细胞凋亡并增加肿瘤对细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）杀伤的抵抗力^［19］。另一方面，低氧条件下激活CTL可以改善其体外细胞毒性。在小鼠体内模型中，HIF介导颗粒酶B和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）的分泌，从而增强CTL对持续性抗原刺激的效应反应^［20］。此外，瘤内缺氧也会诱导TME中其他免疫细胞的免疫抑制表型。例如，HIF-1α可以诱导肝细胞癌上CD39L1的表达，导致MDSC的积累^［21］。

氧化应激

肿瘤细胞生长驱动的代谢增加、氧气消耗以及抗氧化防御机制的紊乱会导致ROS的基础水平升高，使其处于持续的氧化应激状态。一定阈值的ROS可激活促肿瘤信号通路，增强肿瘤细胞存活和增殖，并驱动DNA损伤和遗传不稳定性，而较高的ROS水平则会引发肿瘤细胞的程序性死亡。因此，肿瘤细胞拥有更强大的抗氧化防御机制，即过表达超氧化物歧化酶2、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶，帮助其缓解氧化应激压力，抵抗凋亡并维持促肿瘤信号传导^［22］。

ROS可以通过诱导增殖、肿瘤血管生成、EMT以及调控自噬和细胞凋亡信号通路等多种机制调控肿瘤发展。ROS的产生会导致PI3K/Akt信号传导的负调节因子氧化失活，如磷酸酶和张力蛋白同源物、蛋白酪氨酸磷酸酶1B，从而过度激活该通路并促进肿瘤细胞存活^［23］。当肿瘤生长超过血管供应发生缺氧时，缺氧通过介导线粒体内膜线粒体复合体Ⅰ功能障碍和线粒体Na⁺/Ca²⁺交换剂NCLX的激活诱导线粒体ROS（mtROS）的产生^［24］。mROS诱导并稳定HIF-1α，从而促进肿瘤血管生成和转移^［25］。ROS积累超过阈值时，通过诱导肿瘤细胞死亡发挥抗肿瘤作用。首先是线粒体凋亡途径，氧化应激刺激通过破坏线粒体内膜通透性，介导p38 MAPK和HSP27磷酸化等途径影响线粒体膜电位，促进Cyt c释放并激活caspase家族，驱动癌细胞凋亡^［26-27］。其次是内质网应激介导的凋亡，研究表明，ROS通过破坏RyR和IP3R门控并抑制Ca²⁺-ATPase活性，导致内质网Ca²⁺稳态紊乱，诱导前列腺癌等癌细胞凋亡^［28］。此外，脂质ROS积累引发的铁浓度上调会刺激肿瘤抑制因子p14^ARF的表达并激活p53，最终抑制NRF2活性并促进铁死亡^［29］。

氧化应激不仅在抗肿瘤免疫细胞的分化、成熟和激活中发挥关键作用，还通过参与激活免疫抑制细胞的功能，促进肿瘤免疫逃逸。ROS作为第二信使参与激活NFAT，促进T细胞激活^［30］。此外，ROS通过触发SENP3积累和SENP3-IFI204相互作用，激活STING依赖性Ⅰ型IFN信号传导，介导DC细胞的抗肿瘤免疫^［31］。与此同时，SENP3积累参与转录因子BACH2的去泛素化修饰并维持Treg介导的免疫抑制^［32］。在黑色素瘤中，TAMs产生的mROS激活MAPK/ERK通路，从而导致TNF-α的分泌并促进肿瘤细胞侵袭^［33］。

微酸

肿瘤细胞中高水平的有氧糖酵解和谷氨酰胺分解将大量乳酸和H⁺释放到胞外，形成pH6.3~6.9的酸性TME^［34］（图1）。如前所述，维持肿瘤细胞高水平糖酵解活性的两个关键转录因子HIF-1α和MYC的持续作用会导致多种糖酵解酶和MCT的异常激活，从而上调PDK和LDHA的表达，促进过量的乳酸生成和快速的乳酸转运^［35］。除了有氧糖酵解，肿瘤细胞还通过谷氨酰胺分解代谢产生乳酸。在MYC的调控下，谷氨酰胺首先通过谷氨酰胺酶转化为谷氨酸，进入线粒体参与代谢重编程。在线粒体中，谷氨酸以α-酮戊二酸的形式参与TCA循环并转化为苹果酸，随后穿梭到胞浆中为乳酸生成提供丙酮酸^［36］。

乳酸是TME中最重要的代谢物之一，生理条件下外周组织中的乳酸浓度为1.5~3 mmol/L，而TME中乳酸浓度为10~30 mmol/L，在临床中高乳酸浓度往往与患者较差的预后相关^［37］。长期以来，乳酸被认为是糖酵解的“代谢废物”，但越来越多的证据显示，其可以参与TCA，并充当能量来源与关键信号分子，在癌细胞迁移、侵袭、生长、血管生成和免疫逃逸中发挥着关键作用。乳酸的信号传导功能部分归因于其特异性受体GPR81，这是一种在免疫细胞和肿瘤细胞上共表达的G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs），其传导过程独立于MCT、H⁺和葡萄糖代谢。研究表明，GPR81在肿瘤细胞中自分泌激活可以促进增殖，并依赖PI3K/Akt-CREB信号通路刺激多种血管生成因子的分泌，同时介导PD-L1表达的上调^［38］。而当在免疫细胞中激活时，乳酸会以旁分泌机制促进肿瘤生长。例如，乳酸介导DC上GPR81的激活抑制了MHC-Ⅱ细胞的抗原呈递，并减少了促炎细胞因子IL-6和IL-12分泌和cAMP浓度^［39］。TME的酸化还会激活肿瘤细胞释放MMPs，促进肿瘤浸润^［40］，同时增加血管内皮生长因子-A（vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A）、转化生长因子-β（transforming growth factor β，TGF-β）等生长因子的释放，刺激CAFs增殖和血管生成从而促进肿瘤进展^［41］。

乳酸流出肿瘤细胞可防止细胞内环境进一步酸化，维持功能稳定，但会造成细胞外环境酸化。肿瘤细胞通过激活Na⁺/H⁺交换体1（Na⁺/H⁺ exchanger 1，NHE1）、上调碳酸酐酶9（carbonic anhydrase 9，CAR9）和MCTs等机制释放H^+［42］。NHE1是一种可逆的离子转运蛋白，可以利用Na⁺梯度提供的能量排出细胞质中产生的H⁺离子。CAR9是肿瘤细胞高表达的独特靶点，其通过催化胞外二氧化碳和水转化为碳酸来产生HCO3^-，协助Na+/HCO3^-共转运蛋白进行HCO3^-的捕获和H⁺的排出。MCTs是溶质载体超家族16（solute carrier family 16，SLC16）家族编码的一类跨膜乳酸转运蛋白。在已鉴定的14个MCT中，MCT1~4参与催化质子偶联和一元羧酸的双向转运，维持不同组织内的乳酸稳态。正常组织中，高亲和力的MCT1负责维持乳酸稳态；而胞内乳酸浓度高的肿瘤细胞则依赖缺氧诱导低亲和力的MCT4进行乳酸转运^［43］。此外，肿瘤细胞还可以通过质膜中的V型质子泵以ATP驱动的方式主动将H⁺泵出细胞。最终，转运通道的协同作用使肿瘤细胞内维持较高的pH（pHi>7.4），而胞外pH则呈弱酸性（pHe：6.3~6.9）^［34］。

乳酸积累导致较低的细胞外pH已被证明会损害T细胞和NK细胞的存活、激活和效应功能。研究表明，在小鼠黑色素瘤模型中，乳酸通过下调NFAT，抑制IFNγ表达，从而削弱T细胞和NK细胞对肿瘤的免疫监视^［44］。除了削弱免疫细胞的抗肿瘤功能外，较高的乳酸水平还会驱动免疫抑制性细胞群的表达。例如，Tregs在葡萄糖摄取方面优于常规的CD4 T细胞，并利用乳酸促进自身的增殖和抑制功能^［45］。乳酸还通过上调巨噬细胞中多种激酶和转录因子的活性，诱导其糖酵解并向M2样表型极化，促进恶性肿瘤细胞的免疫逃逸。同时，TAMs衍生的乳酸可以作为TCA循环的信号分子和燃料支持肿瘤能量代谢，这一过程被称为“反向瓦伯格效应”^［46］。

靶向TME的免疫治疗策略

鉴于代谢重编程赋予TME乏氧、低pH、高ROS和营养物质匮乏的性质，TME特异性靶向的药物递送已成为肿瘤免疫治疗一个极具吸引力的方向。下文着重介绍几种基于TME生理特性研发的微环境特异性免疫治疗策略。

pH依赖性抗体

抗体可以被赋予对细胞附近的各种环境和生理刺激（如pH值）做出反应的特性。基于抗体的pH依赖性，通过改善TME的靶向性和增加药物的空间特异性来减轻临床反应毒性，从而拓宽传统抗体的治疗潜力。CD98是一种在多种血液及实体瘤中高表达的肿瘤相关抗原，已被证明通过促进氨基酸转运活性和增强整合素信号传导参与肿瘤进展，被视为抗癌药物的潜在靶标，但其广泛表达阻碍了靶向抗体疗法的研发。Tian等^［47］在具有广谱抗肿瘤活性的抗hCD98抗体（S1-F4）的基础上生成了具有pH敏感性结合活性的S1-F4变体，使其保留原有抗肿瘤活性的同时，降低对正常组织CD98的结合。与已报道的基于大规模组氨酸扫描或依赖抗原上组氨酸表位富集策略不同，研究者发现在抗原-抗体复合物的结合表位内具有H、D或E残基的抗体，可以通过建立突变转化为pH依赖性抗体，这种TME选择性靶向抗体策略的研发可以解决肿瘤相关抗原治疗的脱靶问题。然而，当前pH响应性抗体多处于基础研究阶段，仅为靶向治疗提供新思路，未经临床试验验证。

酸/缺氧敏感型CAR-T

CAR-T是一种新兴的过继性免疫疗法，可通过表面修饰将抗原识别的scFv基序与T细胞激活信号域直接相连，使其能以非MHC限制方式特异性地识别并裂解靶细胞。然而，由于当前CAR-T所识别的多数候选靶抗原在非恶性组织上的共表达，其在实体瘤中表现的临床疗效有限。通过巧妙运用基于TME的逻辑门控，CAR-T能够仅在TME内特异性激活，实现分子识别和治疗精度的增强。上述的pH依赖性抗体除了作为肿瘤免疫治疗的单克隆抗体，其scFv同时可用于CAR胞外的靶向结构域。Zhang等^［48］利用具有pH限制结合域的HER2 scFvs靶向CAR，使其在酸性TME下对其同源抗原的亲和力更高，实现HER2-CAR-T在小鼠异种移植模型中对HER2阳性肿瘤的有效清除，同时减轻潜在的脱靶交叉反应毒性。

同样，缺氧传感也可应用于限制CAR在正常组织中的表达活性。为了赋予CAR-T感知和响应缺氧的能力，研究者们通常将氧敏感ODD结构域与CAR融合，利用HIF/HRE系统对其进行转录和翻译后控制。He等^［49］设计和优化了一种新型缺氧诱导转录放大系统（hypoxia-induced transcriptional amplification，HiTA），即将锌指蛋白DNA结合域（zinc finger DNA binding domain，ZFPDBD）与VP64转录激活域融合构建了一种新型转录因子（ZFP-VP64），使其与GAL4/UAS系统特异性结合，提升下游CAR的转录活性。同时，利用HRE和ODD在转录和翻译水平上实现了对ZFP-VP64的严格缺氧调控。HiTA系统可以高效调控CAR在缺氧条件下的表达上调及在常氧条件下极低的本底水平，未对小鼠造成急性肝损伤和系统毒性，但相较于传统CAR-T，其抗肿瘤活性仍有一定削弱。目前pH/缺氧敏感型CAR-T均处于临床前研究，在实体瘤治疗中兼顾有效性和安全性仍是CAR-T面临的重大挑战。

代谢调控的抑制剂

鉴于代谢在肿瘤免疫治疗中的关键作用，研究者们致力于调控T细胞代谢的3个主要机制（即葡萄糖代谢、氨基酸代谢和脂质代谢）来诱导T细胞的理想表型，以增强CAR-T的代谢适应性和抗肿瘤反应。2-脱氧-D-葡萄糖是己糖激酶的抑制剂，能够有效抑制肿瘤细胞的糖酵解，从而减少其增殖，并且已被证明可以支持长期记忆CD8⁺ T细胞的形成^［50］。阻断作为调控T细胞糖酵解的主要信号通路PI3K-AKT-mTOR也可以促进CAR-Tcm细胞的产生，Zheng等^［51］验证了PI3K抑制剂可在体外将CAR-T维持在低分化状态，而不损害其活化，显著延长CAR-T的持久性并增强体内抗肿瘤活性。这些干预措施将CAR-T细胞的代谢特征从糖酵解转变为OXPHOS，有利于增强T细胞干性，改善其在体内的分化和存活^［52］。FAO也依赖于PI3K-AKT通路调控，在T细胞体外扩增过程中使用Akt抑制剂已被证明可以促进FAO代谢和Tcm分化，并增强其持久性和抗肿瘤免疫^［53］，且在CAR-T细胞中也显示出同等效力^［54］。

靶向氨基酸代谢在提升T细胞效应功能方面同样有效。色氨酸是T细胞代谢的必需氨基酸，但肿瘤细胞可以上调吲哚胺2，3双加氧酶（indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO）的表达，从而催化色氨酸降解，导致T细胞抑制和临床预后不良。IDO抑制剂已被证明可以促进T细胞增殖及IFNγ分泌，并缓解色氨酸分解代谢介导的效应T细胞抑制，同时减少体外向Treg样细胞转化^［55］。目前已有多种IDO抑制剂进入临床试验，epacadostat是一款口服IDO1选择性抑制剂，在晚期恶性实体瘤（如黑色素瘤、三阴乳腺癌、非小细胞肺癌等）患者的1、2期临床研究（ECHO202/KEYNOTE-037）中具有良好耐受性^［56］，与抗PD-1抑制剂的联用也显示出较高的客观缓解率（40.3%，25/62）。然而，3期试验未显示出显著益处。研究表明，IL-4诱导1（interleukin-4-induced-1，IL4I1）通过激活芳香烃受体（arylhydrocarbon receptor，AhR）促进肿瘤进展，而临床上IDO抑制剂的体内浓度无法有效抑制其活性，同时ICB会诱导其表达并提升AhR活性，这在一定程度上解释了临床试验的失败^［57］。

靶向TME的纳米递送系统

与传统小分子抗肿瘤药物给药后产生的非特异性组织分布相比，纳米递送系统在减小毒副作用、提升靶向性、药物溶解度和生物利用度等方面具有显著优势。然而，TME异常的脉管系统、致密的ECM等生理屏障降低了纳米制剂体内递送效率，导致药物在肿瘤部位积累不足，因此基于TME特性的纳米递药系统应运而生，有望提升肿瘤免疫治疗的响应性。一方面，纳米药物可以通过高渗透长滞留效应被动靶向或配体-受体介导的主动靶向与生长因子、抑制剂、酶和肽相结合，以获得有效的肿瘤定位；另一方面，设计响应TME中微酸、缺氧等代谢刺激源可以实现药物释放和免疫激活的时空可控性，减少药物泄露，推进纳米抗肿瘤药物安全有效的临床转化^［58］。

基于纳米药物在酸性TME中历经质子化实现电荷反转、结构聚集，同时TME中高浓度的还原性谷胱甘肽可以触发药物快速释放的特性，Dai等^［59］通过负载IDO抑制剂NLG919和姜黄素开发了一种pH/GSH级联响应的可编程纳米药物以克服生物屏障，增强肿瘤渗透和内吞作用。同时该纳米系统还表现出强大的免疫刺激活性，通过两种药物的协同递送调动全身抗肿瘤免疫反应，克服IDO介导的免疫抵抗，实现对肿瘤的有效抑制。

光动力疗法（photodynamic therapy，PDT）通过光敏剂在特定波长的光照下产生的ROS来诱导肿瘤细胞坏死并释放TAAs，有助于DCs的招募和抗原内化，但实体瘤缺氧微环境限制了氧依赖性PDT的靶向递送效率。因此，利用辅以缺氧诱导元件的PS和佐剂协同递送有望调节DC活性并增强抗原呈递。基于此，Im等^［60］设计了一种缺氧响应性PS/佐剂共传递系统，该材料在介孔二氧化硅纳米颗粒掺杂光敏剂Ce6，同时将偶联缺氧敏感的偶氮苯的可脱落聚乙二醇修饰在纳米药物的表面作为缺氧响应接头。在缺氧微环境中，偶氮苯连接体被裂解，导致负载药物的受控释放和DC的成熟。体内实验表明，纳米药物结合PDT和免疫治疗可以显著抑制肿瘤的生长。但以上两项研究只在单一肿瘤模型上进行验证，仍需探究其在不同肿瘤类型中的普适性。同时纳米药物的免疫原性导致其自身半衰期较短，如何延长肿瘤部位药物的起效和滞留时间仍是未来设计需要思考的问题。

结语

作为肿瘤进化生态过程的关键要素，TME的代谢研究和药物开发受到广泛关注。目前依然只有少数患者能在临床试验中直接获益，多数则在治疗过程中很快出现耐药反应。免疫治疗面临的主要挑战：（1）肿瘤细胞通过剥夺免疫细胞的营养物质（例如葡萄糖、脂质和氨基酸）形成利己的代谢竞争，迫使免疫细胞形成与耐受表型相关的代谢适应性，最终破坏抗肿瘤反应的有效性；（2）免疫抑制性TME通过ECM沉积、低pH和缺氧诱导建立的物理及化学屏障阻碍了免疫细胞的浸润和效应功能的发挥；（3）免疫治疗药物TME靶向性差，导致较高的脱靶毒副作用和较低的药物递送效率。因此，研究者致力于开发新一代免疫治疗药物，以实现药物的时空控制和TME中的精准诱导，高效激活TME中的抗肿瘤免疫，提升药物的响应率及浸润程度，并最大限度上减少靶向治疗的不良反应。TME特有的代谢途径和生理特征为我们提供了丰富的治疗靶点，利用抑制剂提升CAR-T细胞在TME中的代谢优势，亦或将pH/缺氧敏感元件与抗体、CAR-T细胞和纳米药物递送系统等传统免疫疗法相结合有望提升抗肿瘤疗效，拓宽传统疗法的临床应用前景，并加速联合免疫疗法的研究进程。多组学分析的发展将有助于解析TME的代谢机制，为进一步开发针对TME的靶向联合疗法提供思路。

参考文献

[1] DE VISSER KE， JOYCE JA.The evolving tumor microenvironment：from cancer initiation to metastatic outgrowth［J］.Cancer Cell，2023，41（3）：374-403.

[2] XU L， ZOU C， ZHANG S，et al.Reshaping the systemic tumor immune environment （STIE） and tumor immune microenvironment （TIME） to enhance immunotherapy efficacy in solid tumors［J］.J Hematol Oncol，2022，15（1）：87-117.

[3] XIA L， OYANG L， LIN J，et al.The cancer metabolic reprogramming and immune response［J］.Mol Cancer，2021，20（1）：28-49.

[4] GUERRA L， BONETTI L， BRENNER D.Metabolic modulation of immunity：a new concept in cancer immunotherapy［J］.Cell Rep，2020，32（1）：107848.

[5] WARBURG O.On the origin of cancer cells［J］.Science （New York，NY），1956，123（3191）：309-314.

[6] ZHANG J， YANG J， LIN C，et al.Endoplasmic reticulum stress-dependent expression of ERO1L promotes aerobic glycolysis in pancreatic cancer［J］.Theranostics，2020，10（18）：8400-8414.

[7] DEY P， KIMMELMAN AC， DEPINHO RA.Metabolic codependencies in the tumor microenvironment［J］.Cancer Discov，2021，11（5）：1067-1081.

[8] ARNER EN， RATHMELL JC.Metabolic programming and immune suppression in the tumor microenvironment［J］.Cancer Cell，2023，41（3）：421-433.

[9] CHANG CH， QIU J， O'SULLIVAN D，et al.Metabolic competition in the tumor microenvironment is a driver of cancer progression［J］.Cell，2015，162（6）：1229-1241.

[10] ZHENG Y， YAO Y， GE T，et al.Amino acid metabolism reprogramming：shedding new light on T cell anti-tumor immunity［J］.J Exp Clin Cancer Res，2023，42（1）：291-314.

[11] KEMP F， BRAVERMAN EL， BYERSDORFER CA.Fatty acid oxidation in immune function［J］.Front Immunol，2024，15：1420336.

[12] CHEN Z， HAN F， DU Y，et al.Hypoxic microenvironment in cancer：molecular mechanisms and therapeutic interventions［J］.Signal Transduct Target Ther，2023，8（1）：70-93.

[13] COWMAN SJ，KOH MY.Revisiting the HIF switch in the tumor and its immune microenvironment［J］.Trends Cancer，2022，8（1）：28-42.

[14] WANG B， ZHAO Q， ZHANG Y，et al.Targeting hypoxia in the tumor microenvironment：a potential strategy to improve cancer immunotherapy［J］.J Exp Clin Cancer Res，2021，40（1）：24-40.

[15] SONG W， LI D， TAO L，et al.Solute carrier transporters：the metabolic gatekeepers of immune cells［J］.Acta Pharm Sin B，2020，10（1）：61-78.

[16] ŽDRALEVIĆ M， BRAND A， DI IANNI L，et al.Double genetic disruption of lactate dehydrogenases A and B is required to ablate the “Warburg effect” restricting tumor growth to oxidative metabolism［J］.J Biol Chem，2018，293（41）：15947-15961.

[17] KIM JW， TCHERNYSHYOV I， SEMENZA GL，et al.HIF-1-mediated expression of pyruvate dehydrogenase kinase：a metabolic switch required for cellular adaptation to hypoxia［J］.Cell Metab，2006，3（3）：177-85.

[18] RAO X， DUAN X， MAO W，et al.O-GlcNAcylation of G6PD promotes the pentose phosphate pathway and tumor growth［J］.Nat Commun，2015，6：8468-8478.

[19] MORTEZAEE K， MAJIDPOOR J， KHARAZINEJAD E.The impact of hypoxia on tumor-mediated bypassing anti-PD-（L）1 therapy［J］.Biomed Pharmacother，2023，162：114646.

[20] GROPPER Y， FEFERMAN T， SHALIT T，et al.Culturing CTLs under hypoxic conditions enhances their cytolysis and improves their anti-tumor function［J］.Cell Rep，2017，20（11）：2547-2555.

[21] CHIU DK，TSE AP， XU IM，et al.Hypoxia inducible factor HIF-1 promotes myeloid-derived suppressor cells accumulation through ENTPD2/CD39L1 in hepatocellular carcinoma［J］.Nat Commun，2017，8（1）：517.

[22] HECHT F， ZOCCHI M， ALIMOHAMMADI F，et al.Regulation of antioxidants in cancer［J］.Mol Cell，2024，84（1）：23-33.

[23] KOUNDOUROS N， POULOGIANNIS G.Phosphoinositide 3-kinase/Akt signaling and redox metabolism in cancer［J］.Front Oncol，2018，8：160-169.

[24] HERNANSANZ-AGUSTíN P， CHOYA-FOCES C， CARREGAL-ROMERO S，et al.Na（+） controls hypoxic signalling by the mitochondrial respiratory chain［J］.Nature，2020，586（7828）：287-291.

[25] KUO CL， PONNERI BABUHARISANKAR A， LIN YC，et al.Mitochondrial oxidative stress in the tumor microenvironment and cancer immunoescape：foe or friend？［J］.J Biomed Sci，2022，29（1）：74-99.

[26] ZHOU Z， ARROUM T， LUO X，et al.Diverse functions of cytochrome c in cell death and disease ［J］.Cell Death Differ，2024，31（4）：387-404.

[27] YAO Y， CUI L， YE J，et al.Dioscin facilitates ROS-induced apoptosis via the p38-MAPK/HSP27-mediated pathways in lung squamous cell carcinoma［J］.Int J Biol Sci，2020，16（15）：2883-2894.

[28] LI K， DENG Z， LEI C，et al.The role of oxidative stress in tumorigenesis and progression［J］.Cells，2024，13（5）：445-461.

[29] JIANG X， YU M， WANG WK，et al.The regulation and function of Nrf2 signaling in ferroptosis-activated cancer therapy［J］.Acta Pharmacol Sin，2024，45（11）：2229-2240.

[30] YANG MQ， ZHANG SL， SUN L，et al.Targeting mitochondria：restoring the antitumor efficacy of exhausted T cells［J］.Mol Cancer，2024，23（1）：260-283.

[31] HU Z， TENG XL， ZHANG T，et al.SENP3 senses oxidative stress to facilitate STING-dependent dendritic cell antitumor function［J］.Mol Cell，2021，81（5）：940-952.

[32] YU X， LAO Y， TENG XL，et al.SENP3 maintains the stability and function of regulatory T cells via BACH2 deSUMOylation［J］.Nat Commun，2018，9（1）：3157-3168.

[33] LIN X， ZHENG W， LIU J，et al.Oxidative stress in malignant melanoma enhances tumor necrosis factor-α secretion of tumor-associated macrophages that promote cancer cell invasion［J］.Antioxid Redox Signal，2013，19（12）：1337-1355.

[34] SWIETACH P， BOEDTKJER E， PEDERSEN SF.How protons pave the way to aggressive cancers［J］.Nat Rev Cancer，2023，23（12）：825-841.

[35] GORDAN JD， THOMPSON CB， SIMON MC.HIF and c-Myc：sibling rivals for control of cancer cell metabolism and proliferation［J］.Cancer Cell，2007，12（2）：108-113.

[36] LI X， PENG X， LI Y，et al.Glutamine addiction in tumor cell：oncogene regulation and clinical treatment［J］.Cell Commun Signal，2024，22（1）：12-30.

[37] CHEN S， XU Y， ZHUO W，et al.The emerging role of lactate in tumor microenvironment and its clinical relevance［J］.Cancer Lett，2024，590：216837.

[38] LUNDØ K， TRAUELSEN M， PEDERSEN SF，et al.Why warburg works：lactate controls immune evasion through GPR81［J］.Cell Metab，2020，31（4）：666-668.

[39] BROWN TP， BHATTACHARJEE P， RAMACHANDRAN S，et al.The lactate receptor GPR81 promotes breast cancer growth via a paracrine mechanism involving antigen-presenting cells in the tumor microenvironment［J］.Oncogene，2020，39（16）：3292-3304.

[40] 陈璐，高威.肿瘤酸性微环境的形成机制及其对肿瘤进展的影响［J］.肿瘤，2019，39（2）：140-145.

[41] ZHANG Y， PENG Q， ZHENG J，et al.The function and mechanism of lactate and lactylation in tumor metabolism and microenvironment［J］.Genes Dis，2023，10（5）：2029-2037.

[42] GRANJA S， TAVARES-VALENTE D， QUEIRÓS O，et al.Value of pH regulators in the diagnosis，prognosis and treatment of cancer［J］.Semin Cancer Biol，2017，43：17-34.

[43] FELMLEE MA， JONES RS， RODRIGUEZ-CRUZ V，et al.Monocarboxylate transporters （SLC16）：function，regulation，and role in health and disease［J］.Pharmacol Rev，2020，72（2）：466-485.

[44] BRAND A， SINGER K， KOEHL GE，et al.LDHA-associated lactic acid production blunts tumor immunosurveillance by T and NK cells［J］.Cell Metab，2016，24（5）：657-671.

[45] WATSON MJ， VIGNALI P DA， MULLETT SJ，et al.Metabolic support of tumour-infiltrating regulatory T cells by lactic acid［J］.Nature，2021，591（7851）：645-651.

[46] ZHANG Y， ZHANG X， MENG Y，et al.The role of glycolysis and lactate in the induction of tumor-associated macrophages immunosuppressive phenotype［J］.Int Immunopharmacol，2022，110：108994.

[47] TIAN X， LIU X， DING J，et al.An anti-CD98 antibody displaying pH-dependent Fc-mediated tumour-specific activity against multiple cancers in CD98-humanized mice［J］.Nat Biomed Eng，2023，7（1）：8-23.

[48] ZHANG W， HE Q， BENJAMIN L，et al.Abstract PO074：logic-gating HER2 CAR-T to the tumor microenvironment mitigates on-target，off-tumor toxicity without compromising cytotoxicity against HER2-over-expressing tumors［J］.Cancer Immunol Res，2021，9（2 ）：74.

[49] HE H， LIAO Q， ZHAO C，et al.Conditioned CAR-T cells by hypoxia-inducible transcription amplification （HiTA） system significantly enhances systemic safety and retains antitumor efficacy［J］.J Immunother Cancer，2021，9（10）：2755-2772.

[50] SUKUMAR M， LIU J， JI Y，et al.Inhibiting glycolytic metabolism enhances CD8+ T cell memory and antitumor function［J］.J Clin Invest，2013，123（10）：4479-4488.

[51] ZHENG W， O'HEAR CE， ALLI R，et al.PI3K orchestration of the in vivo persistence of chimeric antigen receptor-modified T cells［J］.Leukemia，2018，32（5）：1157-1167.

[52] LI W， PAN X， CHEN L，et al.Cell metabolism-based optimization strategy of CAR-T cell function in cancer therapy［J］.Front Immunol，2023，14：1186383.

[53] CROMPTON JG， SUKUMAR M， ROYCHOUDHURI R，et al.Akt inhibition enhances expansion of potent tumor-specific lymphocytes with memory cell characteristics［J］.Cancer Res，2015，75（2）：296-305.

[54] MEHRA V， AGLIARDI G， DIAS ALVES PINTO J，et al.AKT inhibition generates potent polyfunctional clinical grade AUTO1 CAR T-cells，enhancing function and survival［J］.J Immunother Cancer，2023，11（9）：7002-7017.

[55] FUJIWARA Y， KATO S， NESLINE MK，et al.Indoleamine 2，3-dioxygenase （IDO） inhibitors and cancer immunotherapy［J］.Cancer Treat Rev，2022，110：102461.

[56] MITCHELL TC， HAMID O， SMITH DC，et al.Epacadostat plus pembrolizumab in patients with advanced solid tumors：phase Ⅰ results from a multicenter，open-label phase Ⅰ/Ⅱ trial （ECHO-202/KEYNOTE-037）［J］.J Clin Oncol，2018，36（32）：3223-3230.

[57] SADIK A， SOMARRIBAS PATTERSON LF， ÖZTÜRK S，et al.IL4I1 is a metabolic immune checkpoint that activates the AhR and promotes tumor progression［J］.Cell，2020，182（5）：1252-1270.

[58] PENG S， XIAO F， CHEN M，et al.Tumor-microenvironment-responsive nanomedicine for enhanced cancer immunotherapy［J］.Adv Sci （Weinh），2022，9（1）：e2103836.

[59] DAI L， LI X， YAO M，et al.Programmable prodrug micelle with size-shrinkage and charge-reversal for chemotherapy-improved IDO immunotherapy［J］.Biomaterials，2020，241：119901.

[60] IM S， LEE J， PARK D，et al.Hypoxia-triggered transforming immunomodulator for cancer immunotherapy via photodynamically enhanced antigen presentation of dendritic cell［J］.ACS Nano，2019，13（1）：476-488.

基金资助

国家自然科学基金(82241214)